MESIN KONVERSI ENERGI

Mesin Konversi Energi 

       Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi bersifat abstrak yang sukar dibuktikan tetapi dapat dirasakan adanya. Menurut hukum Termodinamika Pertama, energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnakan, tetapi dapat berubah bentuk (konversi) dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain.Sebagai contoh pada proses pembakaran pada mesin mobil/motor (sistem motor pembakaran dalam), bensin satu liter dikonversi menjadi kerja yang berhasil guna tinggi, yakni menjadi energi gerak/mekanik pada mobil/motor,sehingga dapat memindahkan manusia/barang dari suatu tempat ke tempat lain. Dalam hal ini bensin satu liter memiliki energi dalam yang siap dirubah menjadi kerja yang berguna. Macam-Macam Energi

 a. Energi Mekanik Energi meknik merupakan energi gerak, misal turbin air akan mengubah energi potensial menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. 

b. Energi Potensial Merupakan energi karena posisinya di tempat yang tinggi. Contohnya air waduk di pegunungan dapat dikonversi menjadi energi mekanik untuk memutar turbin, selanjutnya dikonversi lagi menjadi energi listrik 

c. Energi Listrik Energi Listrik adalah energi yang berkaitan dengan arus elektron,dinyatakan dalam watt-jam atau kilo watt-jam. Arus listrik akan mengalir bila penghantar listrik dilewatkan pada medan magnet. Bentuk transisinya adalah aliran elektron melalui konduktor jenis tertentu. Energi listrik dapat disimpan sebagai energi medan elektrostatis yang merupakan energi yang berkaitan dengan medan listrik yang dihasilkan oleh terakumulasinya muatan elektron pada pelat-pelat kapasitor. 

d. Energi Elektromagnetik Energi elektromagnetik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi elektromagnetik. Energi radiasi dinyatakan dalam satuan energi yang sangat kecil, yakni elektron volt (eV) atau mega elektron volt(MeV), yang juga digunakan dalam evaluasi energi nuklir. 

e. Energi Kimia Energi kimia merupakan energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektrondi mana dua atau lebih atom/molekul berkombinasi sehingga menghasilkan senyawa kimia yang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Bila energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi eksotermis yang dinyatakan dalam kJ,Btu, atau kkal. Bila dalam reaksi kimia energinya terserap maka disebut dengan reaksi endodermis. Sumber energi bahan bakar yang sangat penting bagi manusia adalah reaksi kimia eksotermis yang pada umumnya disebut reaksi pembakaran. Reaksi pembakaran melibatkan oksidasi daribahan bakar fosil 

f. Energi Nuklir Energi nuklir adalah energi dalam bentuk energi tersimpan yang dapat dilepas akibat interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi ini dilepas sebagai hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh kondisi yang lebih stabil. Satuan yang digunakan adalah juta elektron reaksi. Pada reaksi nuklir dapat terjadi peluruhan radioaktif, fisi, dan fusi. 

g. Energi Termal Energi termal merupakan bentuk energi dasar di mana dalam kata lain adalah semua energi yang dapat dikonversikan secara penuh menjadi energi panas. Sebaliknya, pengonversian dari energi termal ke energi lain dibatasi oleh hukum Termodinamika II. Bentuk energi transisi dan energi termal adalah energi panas, dapat pula dalam bentuk energi tersimpan sebagai kalor ”laten” atau kalor ”sensible” yang berupa entalpi 

h. Energi Angin Energi angin merupakan energi yang tidak akan habis, material utama berupa angin dengan kecepatan tertentu yang mengenai turbin angin sehingga menjadi gerak mekanik dan listrik. Klasifikasi Mesin-Mesin Konversi Energi Mesin-mesin konversi energi secara sederhana dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu mesin konversi energi konvensional, dan mesin energi konversinonkonvensional. Mesin konversi energi konvensional umumnya menggunakan sumber energi konvensional yang tidak terbarui, kecuali turbin hidropower, dan umumnya dapat diklasifikasikan menjadi motor pembakaran dalam, motor pembakaran luar, mesin-mesin fluida, serta mesin pendingin dan pengkondisian udara. Mesin konversi energi non-konvensial umumya menggunakan energi yang dapat diperbarui, kecuali mesin energi konvensi berbahan dasar nuklir. Motor Pembakaran Dalam Motor pembakaran dalam dikembangkan oleh Motos Otto, atau Beaude Roches merupakan mesin pengonvesi energi tak langsung, yaitudari energi bahan bakar menjadi energi panas dan kemudian baru menjadi energi mekanis. Energi kimia bahan bakar tidak dikonversikan langsung menjadi energi mekanis. Bahan bakar standar motor bensin adalah iso oktan (C8H18. Efisiensi pengonversian energinya berkisar 30% (ηt± 30%). Hal ini karena rugi-rugi: 50% rugi panas, gesek/mekanis, dan pembakaran tak sempurna. 

         Sistem siklus kerja motor bensin dibedakan atas motor bensin dua langkah (two stroke), dan empat langkah (four stroke). Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam. 

       Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar. Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah. Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak memerlukan fluida kerja yang banyak dan efesiensi totalnya lebih tinggi. Sedangkan mesin pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang digunakan lebih beragam, mulai dari bahan bakar padat sampai bahan-bakar gas, sehingga mesin pembakaran luar banyak dipakai untuk keluaran daya yang besar dengan banan bakar murah. 

         Pembangkit tenaga listrik banyak menggunakan mesin uap. Untuk kendaran transpot mesin uap tidak banyak dipakai dengan pertimbangan kontruksinya yang besar dan memerlukan fluida kerja yang banyak. 1. Sejarah Motor Bakar Sejarah motor bakar mengalami perkembangan yang menggembirakan sejak tahun 1864. Pada tahun tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses kompresi. Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan dinyalakan sehingga tekanan naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang mendorong piston, langkah berikutnya gas pembakaran dibuang. Piston kembali bergerak menghisap campuran bahan bakar udara dengan

menggunakan energi yang tersimpan dalam roda gila. Mesin Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500 buah dengan daya 1,5 hp pada putaran 100 rpm. Mesin berikutnya yang lebih efesien dari mesin Lenoir adalah Otto langen engine. 

      Mesin ini terdiri dari piston yang tidak dihubungkan dengan poros engkol, tetapi piston bergerak bebas secara vertikal pada proses ledakan dan tenaga. Setelah itu, secara gravitasi piston bergerak turun dan terhubung dengan gigi pinion diteruskan ke roda gila. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam roda gila digunakan oleh piston untuk energi langkah isap. Pada langkah isap campuran bahan bakar udara masuk silider untuk pembakaran

      Motor bensin 2 langkah adalah motor bensin dimana untuk melakukan suatu kerja diperlukan 2 langkah gerakan piston atau 1 kali putaran poros engkol. Siklus kerja 

Siklus motor bensin 4 langkah Motor bensin empat langkah adalah motor yang pada setiap empat langkah torak/torak (dua putaran engkol) menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja). Berikut ini disajikan cara kerja dari motor bensin 4 langkah:

1. Langkah isap Pada saat langkah isap, katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Torak bergerak dari TMA (titik mati atas) dan berakhir di TMB (titik mati bawah). Gerakan torak mengakibatkan pembesaran volume silinder, maka menyebabkan kevakuman yang terjadi didalam silinder dan akan mengakibatkan masuknya campuran bahan bakar dan udara ke dalam silinder.

2. Langkah Kompresi Pada langkah kompresi. Kedua katup tertutup dan campuran di dalam silinder dikompresikan sehingga tekanan dan temperatur naik. Sesaat sebelum akhir langkah kompresi, busi meletikkan bunga api untuk membakar gas akibatnya tekanan gas dalam silinder naik dengan cepat.

3. Langkah usaha/kerja Pada langkah usaha atau kerja, torak bergerak dari titik mati atas menuju titik mati bawah. Kedua katup dalam posisi tertutup. Gas bertekanan tinggi hasil dari terjadinya proses pembakaran menekan torak bergerak turun dan memaksa engkol berputar. Oleh karena itu maka langkah ini disebut langkah usaha atau langkah kerja.

4. Langkah buang Langkah terakhir dari siklus 4 langkah adalah langkah pembuangan, terjadi ketika torak bergerak dari TMB ke TMA, katup buang terbuka dan katup masuk tertutup. Gas sisa pembakaran akan terdorong torak bergerak keluar. Bila torak mencapai titik mati atas, maka mulailah siklus baru lagi yang dimulai dengan langkah pemasukan atau pengisapan. Gambar selengkapnya dari siklus kerja motor 4 langkah bisa dilihat di gambar dibawah ini 

       Diagram PV motor bensin 4 langkah Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar torak amat kompleks untuk dianalisis menurut teori. Untuk memudahkan analisis tersebut kita perlu membayangkan suatu keadaan yang ideal. Makin ideal suatu keadaan makin mudah dianalisis, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya. Pada umumnya untuk menganalisa motor bakar dipergunakan siklus udara sebagai siklus ideal. Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto. Siklus volume konstan sering disebut dengan siklus ledakan explostion cycle) karena secara teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tiba-tiba. Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan loncatan bunga api. Nikolaus August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fluida kerja udara. Idealisasi proses tersebut sebagai berikut : a. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses. b. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada udara. c. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi perpindahan panas antara gas dan dinding silinder. d. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung. e. Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor 4 (empat) langkah. Siklus udara dengan Volume Tetap Proses ini sering kita sebut proses OTTO yaitu proses yang terdapat pada motor bensin 4 langkah, siklus ini dapar digambarkan dengan grafik P VS V (P versus V)

Pada waktu torak bergerak ke kanan, udara bercampur bahan bakar masuk ke dalam silinder. Karena torak dalam keadaan bergerak, maka tekanannya turun sehingga lebih kecil daripada tekanan udara luar, begitu juga suhunya. Garis langkah isap dapat dilihat pada diagram indikator pada gambar. Penurunan tekanan ini tergantung pada kecepatan aliran. 

       Pada motor yang tidak menggunakan Supercharger tekanan terletak diantara 0,85 – 0,9, terhadap tekanan udara luar(kevakuman). 1 – 2 :Langkah kompresi. Kompresinya teoritis berjalan adiabatis. 2 – 3 :Langkah pembakaran. Pembakarannya terjadi pada volume tetap, sehingga suhu naik. 3 – 4 :Langkah pemuaian, sering disebut langkah kerja. Pemuaian ini juga berjalan adiabatis. Pada langkah ini, suhu turun dari T3 menjadi T4 yang selanjutnya gas tersebut dibuang sebagai gas buang dengan suhu T4. Pembuangan terjadi pada langkah 4 – 0. Karena udara yang masuk mempunyai suhu T1 dan volume V1 maka seolah-olah terjadi pendinginan pada volume tetap dari T4 – T1. T1 = Suhu udara luar dalam °C V1 – V2 = Volume udara yang diisap tiap putaran �� �� = � ��� ������� ������������ �������� Tekanan yang tertinggi pada proses ini = P3, sedangkan suhu yang tertinggi = T3. Kedua harga ini erat sekali hubungannya dengan bahan dari silinder dan pengisap. Untuk mencapai rendemen teoritis (thermis), maka kerja teoritis diagram indikator ini disederhanakan menjadi: �� = ������ ����� ���� ���������� �� = ������ ����� ���� ����������� �� = �. ��(�� − ��) �� = �. ��(�� − ��) � = ����� ��� ���� ������������ (��) �� = ����� ����� ���� ������ �����

      Siklus tekanan tetap Proses ini terjadi pada motor diésel 4 langkah dengan putaran rendah. Pada motor yang diisap bukan campuran udara dengan bahan bakar melainkan hanya udara. Sesaat sebelum akhir kompresi disemprotkan bahan bakar dalam bentuk kabut ke dalam silinder. Bahan bakar ini terbakar karena suhu dari udara yang tinggi. Suhu yang tinggi dari udara diperoleh karena adanya kompresi adiabatis. Ketika bahan bakar disemprotkan. Memperoleh suhu yang tinggi dari titik nyala bahan bakar tersebut. Supaya bahan bakar dan udara dapat bercampur secara homogen, maka gerakan udara di dalam silinder harus merupakan aliran turbulen. Pada motor diésel harga perbandingan kompresi lebih besar daripada motor bensin. Pembakarannya terjadi pada tekanan tetap. 0 – 1 : Pengisapan 1 – 2 : Pemampatan adiabatis 2 – 3 : Pembakaran pada tekanan tetap 3 – 4 : Langkah kerja 4 – 0 : Langkah pembuangan. (Keterangan mengenai langkah ini, sama seperti pada motor bensin) P2 + P3 : Tekanan tinggi T3 : Suhu tinggi Panas masuk terjadi pada perubahan dari T2-T3 Harga ௏య ௏మ = � disebut pengisian. Suhu gas buang = T4, sedang suhu udara yang masuk = T1 = suhu udara luar

  

PEMBENTUKAN DENGAN MESIN BUBUT

PEMBENTUKAN LOGAM

PENGECORAN LOGAM

PENERUS DAYA (2)

2. RANTAI

       Pada kegiatan belajar sebelumnya mengenai sabuk, slip dapat saja terjadi. Untuk menghindari terjadinya slip maka digunakan rantai baja. Rantai yang terdiri dari sejumlah link kaku yang berengsel dan di sambung oleh pin untuk memberikan fleksibilitas yang diperlukan. Rantai digunakan untuk mentransmisikan daya dimana jarak kedua poros besar dan dikehendaki tidak terjadi slip. Dibandingkan dengan transmisi roda gigi, rantai jauh lebih murah akan tetapi brisik serta kapasitas daya dan kecepatanya lebih kecil .

Rantai sebagian besar digunakan untuk mengirimkan gerakan dan daya dari satu poros ke poros yang lain, seperti ketika jarak pusat antara poros pendek seperti pada sepeda, sepeda motor, mesin pertanian, konveyor, dll dan juga rantai mungkin dapat juga digunakan untuk jarak pusat yang panjang (sampai 8 meter).

Keuntungan dan Kerugian dibandingkan dengan transmisi sabuk Keuntungan

1. Selama beroperasi tidak terjadi slip sehingga diperoleh rasio kecepatan yang sempurna.
2. Karena rantai terbuat dari logam, maka ruang yang dibutuhkan lebih kecil dari pada sabuk, dan dapat menghasilkan transmisi yang besar.
3. Memberikan efisiensi transmisi tinggi (sampai 98 persen).
4. Dapat dioperasikan pada suhu cukup tinggi maupun pada kondisi atmosfer. Kekurangan

1. Biaya produksi rantai relatif tinggi.
2. Dibutuhkan pemeliharaan rantai dengan cermat dan akurat, terutama pelumasan dan penyesuaian pada saat kendur.
3. Rantai memiliki kecepatan fluktuasi terutama saat terlalu meregang.
 4. Suara dan getaran karena tumbukan antara rantai dan kaki gigi sproket

Jenis – jenis rantai yaitu :

a. Rantai Rol (roller chain) Rantai rol sangat luas pemakaianya karena harganya yang relative murah dan perawatan dan pemasanganya mudah. Contoh : pemakaian pada sprocket sepeda motor dan sepeda, dan untuk menggerakan sproket pada industri. Untuk bahan pena, bus dan rol digunakan baja karbon atau baja khrom dengan pengerasan kulit. Rantai dengan rangkaian tunggal adalah yang paling banyak dipakai. Rangkaian banyak, seperti dua atau tiga rangkaian dipergunakan untuk transmisi beban berat.
b. Rantai Gigi (silent chain) Rantai jenis ini mempunyai keunggulan pada tingkat kecepatan dan kapasitas daya yang ditransmisikan lebih besar, serta tingkat kebisingan lebih kecil, akan tetapi harganya lebih mahal. Pemakaian rantai ini masih terbatas karena harganya yang mahal dan orang lebih suka menggunakan transmisi roda gigi. Menentukan ukuran dan kekuatan Perhitungan kekuatan pada pemindahan daya dengan rantai dan roda rantai, terutama ditekankan pada kekuatan gigi-gigi roda rantai, keeping-keping penghubung, pada keeping rantai dan pen (terutama rantai gall) terjadi tekanan bidang dan tegangan geser yang besar, sehingga perhitungan lebih ditekankan pada kedua macam tegangan tersebut.

Roda Rantai 

1. Macam-macam roda rantai, terdapat tiga macam roda rantai, yaitu: a. Roda rantai tunggal, b. Roda rantai ganda, dan c. Roda rantai jajar Ukuran dan kekuatan roda rantai Untuk menentukan ukuran-ukuran seperti diameter terkecil, kisar, jumlah gigi, tinggi gigi, dan lain-lain. Dapat kita hitung menurut rumus: �଴ = � sin ( 180° � ) − �ଵ d0 = diameter terkecil p = kisar z = jumlah gigi d1 = diameter bush silinder dan tinggi gigi berkisar antara ½ sampai 1 x d1 ℎ = ൬1 2 + 1൰ �ଵ h = tinggi gigi d1 = diameter bush silinder

 Putaran roda rantai Kecepatan rantai Jika roda rantai pada poros penggerak berputar dengan kecepatan konstan, kecepatan jalan dari rantai tidak tetap, tetapi bergerak dari harga mínimum kepada maksimum, variasi kecepatan rantai (dari maksimum ke minimum) dapat dikurangi dengan penambahan jumlah gigi dari roda rantai. Sebagai suatu perbandingan, roda rantai dengan 11 gigi mempunyai variasi kecepatan sekitar 4%, untuk jumlah gigi 17 ≈ 1,6%, 24 gigi ≈ 1%. Sebagai batasan, biasanya diambil jumlah gigi minimum 17 gigi dan jika diambil lebih banyak dari 24 gigi akan menghasilkan gerakan yang lebih rata

3. Roda gigi Sistem transmisi roda gigi banyak digunakan pada berbagai mesin. Sebagai contoh di bidang otomotif, sistem transmisi yang digunakan adalah transmisi roda gigi. Sistem transmisi roda gigi digunakan karena :
•efisiensinya yang tinggi,
 • kehandalan dalam operasional,
• tidak mudah rusak,
•dapat meneruskan daya dan putaran yang tinggi.
• kemudahan dalam pengoperasian dan perawatan.

Roda gigi merupakan elemen mesin yang digunakan untuk memindahkan daya dan putaran dari satu poros ke poros lain tanpa terjadi slip. Prinsip dasar dari sistem transmisi roda gigi merupakan pengembangan dari prinsip transmisi roda gesek. Gerakan dan daya yang ditransmisikan melalui roda gigi, secara kinematis ekuivalen dengan yang ditransmisikan melalui roda gesek atau cakram. Dari uraian di atas secara garis besar dasar sistem transmisi roda gigi adalah dua buah silinder yang menggelinding (berputar) tanpa slip, kecepatan linier sama ( v1 = v2), kecepatan sudut tidak sama (ω1 ≠ ω2). 

Sistem transmisi roda gigi mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan sistem transmisi yang lain, antara lain : 

a) Meneruskan rasio kecepatan yang sama dan tepat. Kontak antar gigi terjadi dengan sudut kontak yang sama, sehingga rasio kecepatan tidak mengalami perubahan selama roda gigi tersebut bekerja. b) Tidak terjadi slip. Pada berbagai mesin, seringkali slip tidak boleh terjadi karena akan mengurangi efisiensi mesin secara keseluruhan. Pada sistem transmisi roda gigi slip tidak akan terjadi karena kontak antar gigi terjadi dengan pas. 

c) Dapat digunakan untuk meneruskan daya yang besar. Sistem transmisi roda gigi dapat meneruskan daya yang besar karena berbentuk ramping dan kekuatan yang tinggi. 

d) Dapat digunakan untuk meneruskan putaran yang tinggi. Putaran yag dihasilkan oleh system transmisi roda gigi dapat dari putaran rendah sampai putaran tinggi. 

e) Perbandingan transmisi roda gigi dapat didesain dari sesuai kebutuhan. 

f) Dapat digunakan untuk jarak sumbu poros yang dekat. Jarak antar poros dalam sistem transmisi roda gigi dapat didesain sesuai kebutuhan dan space yang tersedia. Gear box yang dihasilkan dari desain sistem transmisi roda gigi dapat berukuran kecil sampai besar. 

g) Memiliki efisiensi yang tinggi. Efesiensi yang tinggi dari sistem transmisi roda gigi karena tidak terjadi slip akibat kontak gigi. Putaran dan torsi yang diteruskan sama sesuai dengan perbandingan transmisi yang diinginkan. 

h) Memiliki daya tahan dan kerja yang baik. Transmisi roda gigi biasanya didesain untuk berbagai kondisi operasi dengan mempertimbangkan beban statis gigi, beban dinamis, beban keausan dan tegangan lentur yang terjadi akibat kerja yang dilayani. Hal ini menghasilkan sistem transmisi roda gigi mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap fluktuasi beban yang diterimanya.

 i) Memiliki bentuk yang ringkas. Keunggulan transmisi roda gigi salah satunya karena bentuknya yang sangat ringkas dan ramping. Hal ini dapat diperoleh karena bentuk roda gigi sangat sederhana, kecil dan ramping sehingga dapat dikemas dalam gear box yang ringkas.

 j) Dapat digunakan untuk meneruskan putaran dari poros sejajar, bersilangan dan poros dengan sudut tertentu. Sistem transmisi roda gigi dapat menghasilkan putaran output dengan berbagai posisi, baik sejajar, bersilangan maupun membentuk sudut tertentu. Posisi output yang bervariasi sangat menguntungkan untuk mendesain mesin sesuai dengan kebutuhan. 

Klasifikasi Roda Gigi Jenis roda gigi dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok sebagai berikut: 

a. Berdasarkan bentuk gigi dan sistem kerjanya adalah sebagai berikut :

 • Roda gigi lurus (spur gear). Roda gigi lurus terjadi karena bentuk gigi dari roda gigi tersebut berbentuk lurus. Gigi-gigi didesain sedemikian rupa sehingga menyerupai beam (batang) lurus. Roda gigi lurus dalam operasionalnya menggunakan poros yang sejajar.

 • Roda gigi miring (helical gear). Roda gigi miring mempunyai bentuk gigi miring denga sudut kemiringan tertentu. Keuntungannya adalah kontak gigi terjadi sepanjang kemiringan gigi, sehingga mampu menghasilkan putaran ang tinggi. 

• Roda gigi kerucut (bevel gear). Roda gigi kerucut dihasilkan dari gabungan gigi-gigi yang mengikuti bentuk kerucut dengan sudut tertentu. Roda gigi kerucut mampu melayani kerja mesin dengan poros yang membentuk sudut tertentu, sebagai contoh poros input dengan posisi horisontal dan output diinginkan dalam posisi vertikal. 

• Roda gigi cacing (worm gear). Roda gigi cacing merupakan roda gigi gabungan antara roda gigi biasa dengan batang gigi atau batang berulir. Keunggulan roda gigi ini terletak pada perbandingan transmisi yang dapat didesain sangat tinggi sama 1 : 100. Roda gigi cacing mempunyai poros yang saling bersilangan. 

• Roda gigi planiter (planetary gear). Roda gigi planiter merupakan roda gigi yang terdiri dari beberapa roda gigi yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Roda gigi tersebut meliputi roda gigi mahatahari sebagai pusat, roda gigi planet, roda gigi gelang dan lengan pembawa planet. Keunggulan roda gigi planeter terletak pada beberapa output yang dapat dihasilkan dengan hanya satu input. 

b. Berdasarkan posisi sumbu dari poros. 

• poros parallel, seperti pada roda gigi lurus dan miring.

• poros bersilangan, seperti pada roda gigi cacing. 

• poros membentuk sudut tertentu, seperti pada roda gigi kerucut. Kedua poros yang paralel dan co-planer dihubungkan oleh roda gigi, 

Roda-roda gigi tersebut disebut sebagai spur gears atau roda gigi lurus, dan penempatannya disebut spur gearing. Roda-roda gigi ini memiliki gigi yang paralel terhadap sumbunya. Roda gigi lain yang termasuk dalam spur gearing adalah helical gearing, dengan giginya miring terhadap sumbu roda gigi. Roda gigi single dan double helical dihubungkan dengan poros yang saling paralel

 b. Fungsi utama dari roda gigi double helical adalah untuk menyeimbangkan gaya aksial yang terjadi pada roda gigi single helical, ketika meneruskan beban. Roda gigi double helical dapat juga disebut sebagai roda gigi herringbone. 

    Dua buah poros yang membentuk sudut tertentu, dihubungkan oleh roda gigi seperti ditunjukkan pada Gambar. Roda gigi ini disebut roda gigi kerucut atau bevel gears dan penempatannya yang disebut bevel gearing. Roda gigi kerucut, seperti juga roda gigi lurus, dapat memiliki gigi yang miring terhadap permukaan kerucut, yang disebut sebagai helical bevel gears. Dua buah poros yang tidak paralel dan tidak berpotongan, serta tidak co-planar, dihubungkan oleh roda gigi 

    Roda gigi ini disebut sebagai skew bevel gears atau spiral gears, dan penempatannya yang disebut sebagai skew bevel gearing atau spiral gearing. Jenis penempatan roda gigi ini juga memiliki garis kontak, yaitu putaran pada sumbu yang menghasilkan kedua permukaan pitch, yang disebut sebagai hyperboloids. Roda gigi dengan poros saling bersilangan Roda gigi tersebut dikenal dengan roda gigi cacing atau Worm Gear. 

Roda Gigi Cacing Berdasarkan kecepatan peripheral dari roda gigi.

 • Kecepatan rendah ≤ 3 m/s 

• Kecepatan sedang (3 – 15) m/s 

• Kecepatan tinggi ≥ 15 m/s 

Berdasarkan jenis atau bentuk hubungan pasangan gigi. 

• external gear = roda gigi luar. 

• internal gear = roda gigi dalam. 

• rack & pinion = roda gigi berbentuk batang = roda gigi dengan jari-jari tak terhingga. Pada external gearing, roda gigi dari kedua poros berhubungan secara eksternal satu sama lain, Roda yang besar disebut sebagai gear dan roda yang lebih kecil disebut pinion. Pada external gearing, gerakan dari kedua roda gigi selalu berlawanan. 

     Pada internal gearing, roda gigi dari kedua poros berhubungan secara internal satu sama lain, Roda yang besar disebut sebagai annular wheel dan roda yang lebih kecil disebut pinion. Ada kalanya, roda gigi dari sebuah poros berhubungan secara eksternal dengan roda gigi lain dalam suatu garis lurus, Jenis roda gigi ini disebut sebagai rack and pinion. Roda gigi yang datar atau lurus disebut rack dan roda gigi lingkar disebut sebagai pinion. Dengan adanya mekanisme rack and pinion, maka gerakan linear dapat dikonversi menjadi gerakan berputar dan juga sebaliknya.

Tata Nama Dari Roda Gigi 

Istilah-istilah dari roda gigi 

a) Lingkaran pitch (pitch circle) adalah suatu lingkaran imajiner (teoretis) yang menggelinding tanpa slip dan menjadi dasar perhitungan roda gigi.

 b) Diameter lingkaran pitch (pitch circle diameter) adalah diameter dari lingkaran pitch. Ukuran dari roda gigi biasanya ditentukan dari diameter lingkaran pitch. Diameter ini juga disebut sebagai diameter pitch. Notasi umum yang digunakan adalah : d0 

c) Pitch (jarak bagi lingkar) adalah jarak sepanjang lingkaran jarak bagi antara dua profil gigi yang berdekatan. Notasi umum yang digunakan adalah : t 

d) Sudut tekan (pressure angle) adalah sudut kontak normal antara dua buah gigi dari dua roda gigi yang saling bertemu. Notasi umum yang digunakan adalah : α . 

e) Addendum (a) adalah jarak radial gigi dari lingkaran pitch ke bagian atas/kepala gigi. 

f) Dedendum (d) adalah jarak radial gigi dari lingkaran pitch ke bagian bawah/kaki gigi. 

g) Lingkaran addendum adalah lingkaran yang digambar melalui bagian atas dari gigi atau lingkaran kepala gigi. 

h) Lingkaran dedendum adalah lingkaran yang digambar melalui bagian bawah dari gigi atau dikenal dengan lingkaran kaki gigi. 

i) Circular pitch adalah jarak yang diukur pada sekeliling dari lingkaran pitch, pada satu titik dari satu gigi, dengan titik yang berhubungan pada gigi selanjutnya. Biasanya dinotasikan dengan tc. Secara matematis dituliskan sebagai:

 j) Diametral pitch adalah rasio dari jumlah gigi dengan diameter lingkaran pitch, dalam millimeter. Biasanya dinotasikan dengan td. Secara matematis dituliskan menjadi: 

k) Modul gigi. Adalah perbandingan antara diameter lingkaran pitch dalam millimeter dengan jumlah gigi. Biasanya dinotasikan dengan m. Secara matematis dituliskan l) 

l) Clearance adalah jarak radial antara bagian atas dari gigi dengan bagian bawah dari gigi, pada keadaan berpasangan. Sebuah lingkaran yang melalui bagian atas dari roda gigi yang berpasangan disebut sebagai lingkaran clearance. 

m) Kedalaman total adalah jarak radial antara lingkaran addendum dengan dedendum dari roda gigi. Kedalaman total ini sama dengan jumlah dari addendum dengan dedendum. 

n) Kedalaman kerja adalah jarak radial antara lingkaran addendum dengan lingkaran clearance. Kedalaman kerja ini sama dengan jumlah dari addendum dari kedua roda gigi yang berpasangan.

 o) Ketebalan gigi adalah lebar dari gigi yang diukur sepanjang lingkaran pitch. 

p) Ruang gigi adalah lebar dari ruang yang terdapat diantara dua gigi yang berdekatan, yang diukur di sepanjang lingkaran pitch. 

q) Backlash adalah perbedaan antara ruang gigi dengan ketebalan gigi, yang juga diukur di sepanjang lingkaran pitch. 

r) Muka dari gigi adalah permukaan dari gigi di atas permukaan pitch. 

s) Top land. Adalah permukaan dari bagian atas gigi. 

t) Flank (panggul) dari gigi adalah permukaan dari gigi dibawah permukaan pitch. 

u) Lebar muka gigi adalah lebar dari gigi yang diukur secara paralel dengan sumbu roda gigi. 

v) Profil adalah lingkaran yang terbentuk akibat muka dengan panggul dari gigi.

 w) Radius fillet adalah radius yang menghubungkan lingkaran akar gigi dengan profil gigi. 

x) Jalur kontak adalah jalur yang dibentuk oleh titik kontak dari dua gigi, dari awal sampai dengan akhir hubungan gigi (engagement).

 y) Panjang jalur kontak adalah panjang dari cut-off normal yang umum dari lingkaran addendum dari gear dan pinion. 

z) Busur kontak. Adalah jalur yang dibentuk oleh titik pada lingkaran pitch, dari awal sampai dengan akhir dari hubungan pasangan roda gigi. Busur kontak tersebut terdiri dari dua bagian, yaitu : busur pencapaian (arc of approach) yaitu porsi dari jalur kontak dari awal sampai dengan hubungan pada titik pitch dan busur diam (arc of recess) yaitu porsi dari jalur kontak dari akhir sampai dengan hubungan pada sepasang gigi. Rasio dari panjang busur kontak dengan circular pitch dikenal sebagai rasio kontak, seperti jumlah pasangan gigi yang kontak. 

PENERUS DAYA (1)

1. SABUK (BELT)

      Sabuk adalah elemen mesin yang menghubungkan dua buah puli yang digunakan untuk mentransmisikan daya. Sabuk digunakan dengan pertimbangan jarak antar poros yang jauh, dan biasanya digunakan untuk daya yang tidak terlalu besar. Kelebihan transmisi sabuk jika dibandingkan dengan transmisi rantai dan roda gigi adalah :

 1. Harganya murah 

2. Perwatan mudah 

3. Tidak berisik

 kekuranganya : 

1. Umurnya pendek/mudah aus 

2. Terjadi sliding / tidak akurat

3. Efisiensi rendah 

4. kapasitas daya kecil 

JENIS-JENIS BELT :

 1. Transmisi sabuk datar (flat belt 

Digunakan di industri dengan daya yang cukup besar, jarak antar puli biasanya sampai 10 m.  

2. Transmisi sabuk V (V-belt)

 Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Digunakan pada mesin-mesin industri dimana jarak antar puli dekat. Jenis-jenis V belt yang sering ditemui di bidang otomotifSabuk V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium, tenunan tetorom atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk dan membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Keuntungan dari sabuk V dibandingkan sabuk datar adalah : 

1. Drive V-belt memberikan kekompakan karena jarak antar pusat-pusat puli kecil.

 2. Slip antara sabuk diabaikan.

 3. Lifetime lebih lama, 3 sampai 5 tahun. 

4. Dapat dengan mudah di bongkar pasang.. 

5. Pengoperasian sabuk dan pulley halus. 

6. Rasio kecepatan tinggi. 

7. Tindakan wedging dari sabuk di alur memberikan nilai tinggi untuk membatasi rasio * ketegangan. Oleh karena itu daya yang ditransmisikan oleh V-sabuk lebih dari belts datar untuk ketegangan yang sama koefisien gesekan, busur dari kontak dan diijinkan di sabuk.

 8. V-belt dapat dioperasikan di kedua arah, dengan sisi ketat sabuk di bagian atas atau bawah. Garis tengah bisa horizontal, vertikal atau miring. 

3. Transmisi sabuk bundar (circular belt) Paling jarang digunakan, biasanya dipakai untuk mentransmisikan daya yang kecil, dan jarak antar puli sampai 5 meter. Belt biasanya dibuat dari kulit, karet, kapas dan paduanya. 

TRANSMISI SABUK GILIR Transmisi sabuk gilir bekerja atas dasar gesekan belitan dan mempunyai beberapa keuntungan karena murah harganya, sederhana konstruksinya, dan mudah untuk mendapatkan perbandingan putaran yang diinginkan. Transmisi tersebut telah banyak digunakan dalam semua bidang industri, seperti mesinmesin pabrik, otomobil, mesin pertanian, alat kedokteran, mesin kantor, alat-alat listrik, dll. Namun transmisi sabuk (flat) tersebut mempunyai kekurangan dibandingkan dengan transmisi rantai dan roda gigi, yaitu terjadinya slip antara sabuk dan puli, sehingga transmisi ini tidak dapat dipakai bilamana dikehendaki putaran tetap atau perbandingan transmisi yang tetap. Melihat kekurangan diatas maka dikembangkan transmisi sabuk gilir “timing belt”. Untuk perhitungan gaya dan tegangan yang bekerja dan prinsip kerjanya sama dengan transmisi sabuk flat dan transmisi sabuk V.

Sabuk gilir dibuat dari karet neoprene atau plastic poliuretan sebagai bahan cetak, dengan inti dari serat gelas atau kawat baja, serta gigi-gigi yang dicetak secara telti di permukaan sebelah dalam dari sabuk. Karena sabuk gilir dapat melakukan transmisi mengait seperti roda gigi atau rantai, maka gerakan dengan perbandingan putaran yang tetap dapat diperoleh. Konstruksi sabuk gilir ini banyak ditemui pada sisitem penggerak poros kam pada motor. 

1. Susunan Belt dalam Sistem Puli : 

a. Sistem terbuka yaitu susunan puli dimana putaran puli yang satu dengan yang lain berputar dengan arah yang sama. Pemindahan dengan sabuk terbuka dipakai untuk pemindahan daya antara 2 buah poros sejajar atau lebih dan berputar searah. Karena pada sabuk terbuka mudah terjadi slip, maka pemindahan sistem ini dimaksudkan juga untuk pemindahan-pemindahan daya dimana tidak diperlukan perbandingan transmisi secara tepat. 

b. Sistem tertutup atau sabuk silang yaitu susunan puli dimana putaran puli yang satu dengan yang lain berlawanan arah. Pemindahan daya dengan sabuk silang digunakan untuk poros-poros sejajar yang berputar berlawanan arah. Pada bagian persilangan terjadi gesekan dan getaran antar bagian ban yang berjalan dengan arah yang berlawanan.  

Untuk mengurangi getaran yang telalu besar, kedua poros ditempatkan pada jarak A maksimum (jarak A minimum > 20 b, dimana b = lebar ban) dan berputar dengan kecepatan rendah (v ≈ 15 m/s). Slip pada sabuk silang lebih kecil, dibandingkan dengan pada sabuk terbuka, karena bidang singgung dengan puli lebih besar. Rasio Kecepatan Rasio kecepatan adalah rasio antara kecepatan driver dan driven, dinyatakan secara matematis : x Panjang sabuk yang melewati driver dalam satu menit = S d1N1 x Demikian pula, panjang sabuk yang melewati driven, dalam satu menit = S d2N2 Karena panjang sabuk yang melewati driver dalam satu menit adalah sama dengan panjang sabuk yang melewati driven dalam satu menit, sehingga: S d1N1 = S d2N2 Dimana : d1 = Diameter driver, d2 = Diameter driven, N1 = Kecepatan driver (r.p.m), N2 = Kecepatan driven/pengikut(r.p.m), sehingga kecepatan rasio adalah : Ketika ketebalan sabuk dianggap (t), maka rasio kecepatan, 

SAMBUNGAN ULIR

SAMBUNGAN ULIR

        Sambungan ulir adalah sambungan yang menggunakan kontruksi ulir untuk mengikat dua atau lebih komponen permesinan. Sambungan Ulir merupakan jenis dari sambungan semi permanent (dapat dibongkar pasang). Sambungan ulir terdiri dari 2 (dua) bagian, yaitu baut dimana memiliki ulir di bagian luar dan Mur dimana memiliki ulir di bagian dalam. Sambungan Ulir digunakan pada sambungan yang tidak permanen. 

1. FUNGSI SAMBUNGAN ULIR Dilihat dari kontruksi yang memiliki ulir (yang dapat di bongkar pasang) sambungan ulir memiliki fungsi teknis utama, yaitu: x Digunakan pada bagian mesin yang memerlukan sambungan dan pelepasan tanpa merusak bagian mesin. x Untuk memegang dan penyesuaian dalam perakitan atau perawatan. 

KEUNTUNGAN DAN KERUGAIAN SAMBUNGAN ULIR Ditinjau dari sisi teknik sambungan ulir memiliki keuntungan dan kerugian sebagai berikut;

Keuntungan Sambungan Ulir 

1. Mempunyai reliabilitas (kehandalan) tinggi dalam operasi. 

2. Sesuai untuk perakitan dan pelepasan komponen. 

3. Suatu lingkup yang luas dari sambungan baut diperlukan untuk beberapa kondisi operasi. 

4. Lebih murah untuk diproduksi dan lebih efisien. Kerugian Sambungan Ulir x Konsentrasi tegangan pada bagian ulir yg tidak mampu menahan berbagai kondisi beban Istilah-istilah dalam ulir terlihat pada gambar di bawah ini : 

        Major diameter Diameter terbesar pada bagian ulir luar atau bagian ulir dalam dari sebuah sekrup. Sekrup ditentukan oleh diameter ini, juga disebut diameter luar atau diameter nominal. Minor diameter Bagian terkecil dari bagian ulir dalam atau bagian ulir luar, disebut juga sebagai core atau diameter root. Pitch diameter Disebut juga diameter efektif, merupakan bagian yang berhubungan antara baut dan mur. 

       Pitch Jarak dari satu ujung ulir ke ujung ulir berikutnya. Juga dapat diartikan jarak yang ditempuh ulir dalam satu kali putaran. x Crest adalah permukaan atas ulir x Depth of thread adalah jarak tegak lurus antara permukaan luar dan dalam dari ulir. x Flank adalah permukaan ulir x Angle of thread adalah sudut yang terbentuk dari ulir x Slope Ini adalah setengah pitch 

2. JENIS-JENIS DAN BENTUK ULIR 

a). British standard whitworth (BSW) threat Mata Ulir berbentuk segitiga. Aplikasi : untuk menahan vibrasi, automobile 

b). British Association (BA) threat Mata Ulir berbentuk segitiga dengan puncak tumpul Aplikasi : Untuk mengulir pekerjaan yang presisi. 

c). American national standard thread. Standar nasional Amerika dimana memiliki puncak datar. Ulir ini digunakan untuk tujuan umum misalnya pada baut, mur, dan sekrup. 

d). Unified standard thread. Tiga negara yakni, Inggris, Kanada dan Amerika Serikat melakukan perjanjian untuk sistem ulir sekrup yang sama yaitu dengan sudut termasuk 60°, dalam rangka memfasilitasi pertukaran mesin. Ulir ini memiliki puncak dan akar yang bulat, seperti ditunjukkan pada Gambar. 

e). Square threat Mata Ulir berbentuk Segiempat. Aplikasi : power transmisi, machine tools, valves. f). Acme threat Mata Ulir berbentuk Trapesium Aplikasi : cutting lathe, brass valves. 

g). Knuckle threat Mata ulir berbentu bulat, merupakan modifikasi dari ulir persegi. Ulir ini digunakan untuk pekerjaan kasar, biasanya ditemukan di sambungan gerbong kereta api, dan botol kaca. 

h). Ulir Metrics Merupakan ulir standar India dan mirip dengan ulir BSW. Ini memiliki sudut 60 °. Profil dasar ulir ditunjukkan pada Gambar. Samping atas dan profil desain mur dan baut ditunjukkan pada

3. TIPE UMUM PENYAMBUNGAN ULIR 

1. Through bolt Merupakan jenis penyambungan yang digunakan untuk menyambung dua bagian atau lebih dengan cara dijepit menggunakan mur dan baut. Lubang aterial yang akan disambung harus sesuai dengan ukutan baut sehingga beban yang dapat ditahan oleh baut dapat maksimal. 

2. Tap Bolt Merupakan jenis penyambungan dua buah material atau lebih dimana salah satu ujung mur mengikat pada material dan ujung lainnya diikat dengan baut

3. Studs Merupakan jenis penyambungan dua buah material atau lebih dimana mur diikat langsung 

4. BENTUK KEPALA MUR/BAUT Macam-macam bentuk kepala mur dan baut

5. PENGUNCIAN MUR/BAUT Umumnya mur dan baut akan tetap kencang di bawah beban statis, tapi banyak ikatan mur dan baut menjadi longgar di bawah beban variabel atau ketika mesin mengalami getaran. Mengendurnya baut/mur ini sangat berbahaya dan harus dicegah. Untuk mencegah hal ini, sejumlah besar metode penguncian perangkat telah diterapkan, beberapa di antaranya adalah : 

1. Jam nut or lock nut. Perangkat penguncian yang paling umum adalah mengunci mur. Metode ini menggunakan dua buah mur dimana mur bagian atas adalah sebagai penguncinya. 

2. Castle nut. Mur berbentuk heksagonal dengan bagian atas berbentuk silinder yang memiliki slot,Pin melewati dua slot pada mur dan sebuah lubang pada baut, biasanya digunakan pada kondisi yang tiba-tiba mengalami guncangan dan getaran yang cukup besar seperti di industri otomotif. 

3. Sawn nut. Memiliki slot setengah mur, dimana mur diperkuat dengan sekrup kecil yang menghasilkan lebih banyak gesekan antara mur dan baut. Hal ini mencegah mengendurnya mur.

4. Locking with pin. Mur dapat dikunci dengan menggunakan pin atau pasak lancip melewati tengah mur 

(a). Tapi pin juga sering digunakan diatas dari mur, yaitu dimasukkan pada lubang baut, 

 5. Locking with plate. Mur bisa disesuaikan dan kemudian dikunci melalui interval sudut 30 ° dengan menggunakan plat. 

 6. Spring lock washer Mur dapat dikunci dengan menggunakan pegas cincin yang pipih, pegas dapat meningkatkan ketahanan sehingga mur tidak mudah untuk mengendur seperti

6. Perhitungan kekuatan ulir Perhitungan didasarkan pada kekuatan dan kemampuan ulir menahan suatu beban . Beban yang bekerja pada ulir dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu: x Pembebanan memanjang yang mengakibatkan terjadinya tegangan tarik pada baut (σt) x Pembebanan melintang yang mengakibatkan terjadinya tegangan geser pada baut (��) 

a. Pembebanan memanjang Pembebanan ini disebabkan oleh pemasangan baut dengan kunci, maka pada batang baut terjadi gaya memanjang sebesar F. Ini berarti bahwa pada baut terjadi pembebanan memanjang. Dan tempat terlemah adalah pada diameter inti D₁. Dengan demikian: F = A. �ത௧ . d₁ A = luas penampang d₁ d₁ = diameter inti baut F = beban F = గ ସ �₁² . �ത௧ . 4 F = π. d₁² . �ത௧ d₁² = ସி గ �ത௧ d₁ = ටସி

b. Pembebanan melintang Pembebanan ini terjadi bila kita menyambung dua belah plat dengan menggunakan baut, sedang pada pelat pelat tersebut bekerja gayagaya tarik kesamping. Bagian baut yang menerima tarikan paling besar adalah di tempat kedua plat tadi berhimpitan. Maka gaya F yang bekerja pada bagian baut tadi didasarkan atas geseran. Dalam hal ini berlaku rumus: F = n. గ ସ �² . �ௌ . dimana D = diameter luar baut, �ௌ = tegangan geser Seperti pada pembebanan memanjang maka besarnya diameter baut bisa dicari c. Rangkuman 6 Sambungan ulir adalah sambunga